Поколения ЭВМ

Пятое поколение ЭВМ   

 ЭВМ пятого поколения —  это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения  ЭВМ была принята в Японии  в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется. 
    Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.  
    На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.  
    К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. 
    Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области. 
    Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности. 

Современные персональные компьютеры   

 Современные персональные компьютеры (ПК) в соответствии с принятой  классификацией надо отнести  к ЭВМ четвертого поколения. Но  с учетом быстро развивающегося  программного обеспечения, многие  авторы публикаций относят их к 5-му поколению.  
    Персональные компьютеры появились на рубеже 60 – 70-х годов. Американская фирма Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор (МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около тысячи транзисторов и мог выполнять 8000 операций в секунду. Вскоре была выпущена 8-битная версия данного МП, получившая название 8008. Оба МП всерьез восприняты не были, поскольку рассчитывались для конкретных применений. Они относятся к МП первого поколения.  
    В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный 8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых применений. Он был сразу замечен компьютерной промышленностью и быстро стал "стандартным". По стоимости он был доступен даже для любителей. Одни фирмы начали выпускать МП 8080 по лицензиям, другие - предложили его улучшенные варианты. Так, группа инженеров фирмы Intel, образовав собственную фирму Zilog, в 1976 г. выпустила МП Z80, сохраняющий базовую архитектуру 8080. Фирма Motorola разработала собственный 8-разрядный МП М6800, нашедший впоследствии широкое применение.  
    Стив Возняк (будущий «отец» компьютеров Apple) собрал свой первый компьютер в 1972 году из деталей, забракованных местным производителем полупроводников в городе Беркли, штат Калифорния. Стив назвал свое изобретение Cream Soda Computer, поскольку пил именно этот напиток во время сборки аппарата. В начале 1976 года Стив Возняк, работая в Hewlett-Packard, предложил свой компьютер Apple руководству HP, но не нашел поддержки. В Hewlett-Packard победил другой проект – HP-85, основанный на идее совмещения компьютера и калькулятора. Тогда 1 апреля 1976 года два Стива – Возняк и Джобс – полушутя-полусерьезно зарегистрировали Apple Computer Company. И уже в июле предложили магазинам компьютер Apple-1 по цене $666,66.  
    Apple-1 стал пользоваться спросом. Его успех был вызван простотой операционной системы. Прежде ПК управлялись через "командную строку", и пользователь, для того чтобы ставить задачи компьютеру, должен был быть хоть немного программистом. Создание же "мышки" и графически удобного интерфейса сделало ПК доступным для "чайников" и во многом определило успех Apple-1.  
    Фирма IBM обратила внимание на персональные компьютеры, когда рынок "вырос из пеленок". К 1980 году только в США уже было продано более миллиона ПК, и маркетологи предсказывали взрывообразный рост спроса. Свои модели представили десятки компаний. Компьютеры при всей внешней схожести отличались большим разнообразием и были несовместимы друг с другом. Каждый производитель разрабатывал собственную архитектуру ПК. Считалось, что наиболее перспективной архитектурой обладает компьютер PDP-11, разработанный компанией DEC. Технические решения этой компании легли в основу первых отечественных компьютеров «Электроника».  
    Однако, в конце 1980 года совет директоров IBM принял решение создать "машину, которая нужна людям". Стратегическим партнером в качестве поставщика процессоров была выбрана Intel. Команда разработчиков IBM PC заключила союз и с недоучившимся студентом Гарвардского университета Биллом Гейтсом. На существовавшие тогда ПК ставилась популярная операционная система CP/M, созданная компанией Digital Research, или система UCSD компании Softech. Однако эти операционные системы стоили $450 и $550 соответственно, а Гейтс за свою PC-DOS брал всего лишь $40. IBM сделала выбор в пользу дешевизны.  
    12 августа 1981 года IBM представила свой ПК, который был спроектирован не хуже, чем изделия тогдашних лидеров рынка – Commodore PET, Atari, Radio Shack и Apple.  
    IBM пошла на неожиданный шаг. Решив утвердить свою архитектуру в качестве стандарта, она открыла техническую документацию. Теперь каждый производитель ПК мог приобрести лицензию у IBM и собирать подобные компьютеры, а производители микропроцессоров – изготавливать элементы для них. IBM рассчитывала «перетянуть одеяло» на себя, уничтожив стандарты конкурентов. Так и произошло. Сохранить собственную архитектуру смогла только Apple: она нашла свою нишу в сферах графического дизайна и образования. Все остальные производители либо разорились, либо приняли стандарт IBM.  
    Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель PC XT с жестким диском, а также объявляет о создании нового поколения микропроцессоров - 80286. Новый компьютер IBM PC AT (Advanced Technologies), построенный на основе МП 80286, быстро завоевал весь мир и несколько лет оставался наиболее популярным.  
    Первые 32-разрядные микропроцессоры появились на мировом рынке в 1983-1984 гг., но их широкое использование в высокопроизводительных ПК началось с 1985 г. после выпуска фирмами Intel и Motorola микропроцессоров 80386 и М68020 соответственно. Эти БИС открыли новое микропроцессорное поколение, реализующее обработку данных на уровне "больших" ЭВМ.  
    В 1989 г. был начат выпуск более мощного МП 80486 с быстродействием более 50 млн. операций в секунду. В марте 1993 г. фирма Intel продолжает ряд 80х86 выпуском микропроцессора Р5 "Pentium" с 64-разрядной архитектурой. Потом были "Pentium 2", "Pentium 3". Сегодня самым популярным МП является "Pentium 4" с технологией НТ, позволяющей обрабатывать информацию по 2-м параллельным потокам. Т.е. получать как бы два процессора.  
    Тактовые частоты современных ПК превышают 3 ГГц, объмы ОЗУ до 4 ГБ. Емкость накопителей на жестких дисках выросла до 500 ГБ. Современные технологии позволяют на ПК прослушивать и записывать высокачественные ауди-файлы. Применение DVD приводов обеспечивает просмотр современных фильмов. 
    Широкое распространение получили сегодня переносные ПК - nootbook, карманные ПК (КПК) и мобильные ПК - смартфоны, объединяющие функции ПК и телефона. 
 
В состав современного ПК входят:

1. Системный блок
• материнская плата с адаптерами HDD, FDD, CD/DVD-ROM, шины, порты, микросхема BIOS, таймер
• центральный процессор
• линейки ОЗУ
• видео карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
• аудиo карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
• сетевая карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
• Накопители на жестких и гибких магнитных дисках
• Приводы CD- и DVD-ROM
• Блок питания
• Корпус
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Манипулятор "мышь"
5. Звуковые колонки
6. Принтер
7. Сканер
8. Модем или адаптер ADSL

   Ну, и конечно же, компьютер нельзя представить без программного обеспечения. Как архитектура IBM PC стала стандартом для аппаратной части ПК, так и продукция фирмы MicroSoft (Билл Гейтс) стала эталоном для программ. Особенно популярны ее операционные системы Windows и офисные приложения MS-Office.

Классификация современных компьютеров по             функциональным возможностям 

Искусственный интеллект - это направление научных исследований, в которых на основе изучения процессов мышления разрабатывают технические системы и программы, способные имитировать умственную деятельность человека.  
       Экспертные системы - это программы для компьютера, которые дают возможность накоплять и классифицировать знание, сравнивать и строить заключения, то есть имитировать поведение эксперта или консультанта в конкретных сферах деятельности человека. Здесь используют специальные базы данных - базы знаний.  
       Решается задача естественного, с точки зрения человека, общения пользователя и компьютера. С этой целью уже созданы автоматы, которые читают и воспринимают информацию на слух. их функционирования грунтуется на распознавании образов. И хотя пора машин, которые разговаривают, понимают устный язык и думают, еще не настала, тем не менее она не промедлит.  
       Эра выше упомянутых, очень умных, систем поставит жирную точку и начнет новое поколение и классификацию, да и интеллект будет не тот. Ну а пока вернемся в ХХ век.  
       Характерной особенностью 90-х лет было бушующее развитие электроники, массовый выпуск и использования мощных персональных компьютеров и периферийной техники.  
       Давайте почтим те 80-90 гг. когда компьютеры только начали классифицироваться.  
       Классификация компьютеров. 
В зависимости от возможностей компьютеры разделяют на:  
       1) суперкомпьютеры;  
       2) большие компьютеры;  
       3) маленькие компьютеры;  
       4) микрокомпьютеры;  
       5) специализированные компьютеры.  
       Суперкомпьютеры ("Эльбрус", модели серии "Крей") - эти много процессорные системы, которые выполняют миллиарды операций за секунду.  
       Цена такой машины - несколько миллионов долларов. Их используют в космических исследованиях, для перспективного прогнозирования погоды на планете, обработка геодезической информации во время поиска полезных ископаемых, а также в воинских исследованиях. У СИТА создан компьютер, способный выполнять больше триллиона операций за секунду. В нем использовано 9200 процессоров "Pentіum Pro", которые работают параллельно, что дало возможность достичь рекордной на то время скорости вычислений. Это достижение сравнивают с преодолением звукового барьера самолетами.  
       Большие компьютеры (например, модели "ЕС-1060", "ЕС-1061", "ЕС-1065" и прочей, а также машины серии "ІВМ-370") эксплуатировали в 70-х -80-х годах для решения научных и производственных задач: планирования производства, учета материалов, начисления зарплаты рабочим и служащим и т.п. Быстродействие больших компьютеров - несколько миллионов операций за секунду. Их обслуживали специалисты, которые работали в вычислительных центрах предприятий и организаций. Для размещения таких компьютеров нужны были специально оборудованные просторные помещения.  
       Малые компьютеры (например, модели "CM-С", "СМ-4" в нашей стране и машины серии "PDP" фирмы DEC в США) использовали на небольших предприятиях, в научно-исследовательских институтах для решения специфических задач, а также для обучение студентов в вузах. Быстродействие этих машин - 100-500 тысяч операций за секунду. Маленький компьютер помещался в небольшой комнате.  
       Микрокомпьютеры (а это - персональные компьютеры, портативные компьютеры, специализированные рабочие станции) в 90-х годах заменили большие и маленькие компьютеры. Сегодня персональные компьютеры используют на предприятиях, в научных организациях, учебных заведениях, а также в быте. За пультом персонального компьютера работает один человек. Ни быстродействием, ни объемом памяти персональный компьютер не уступает большому или маленькому. Поэтому он стал наиболее распространенным типом.  
       Специализированные компьютеры (например, компьютер в часах, в фотоаппарате, в автомобиле, в станках с числовым программным управлением) есть составными разных механизмов. В отличие от универсальных компьютеров, их используют для решения отдельных задач. Их функционирование не требует постоянного вмешательства человека, то есть определенный период времени, они работают автоматически, выполняя одну и ту же функцию. Для выполнения другой работы их надо перепрограммировать.  
       Упомянутые большие и маленькие компьютеры уже не выпускают. На предприятиях и в учреждениях их заменили персональные компьютеры и серверы, предназначенные для обслуживания широкого круга пользователей.  
       Сервер - это мощный компьютер или дорогая многопроцессорная система большой производительности, которая предоставляет многим пользователям доступ к оперативной памяти с большим объемом мегабайт и к дисковой памяти емкостью сотни гигабайт. Пользователи, имея в своем распоряжении рабочие станции (дисплей, клавиатуру и т.п.), которые могут быть на значительном расстояния от сервера, подсоединяются и работают. Взаимодействие с сервером происходит по помощи сети и специального программного обеспечения.

Основные виды ЭВМ

В современной ВТ основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие в случае использования напряжений постоянного тока две формы представления - аналоговую и дискретную.

В первом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной, например, подача на вход напряжения в 1.942 в эквивалентна вводу числа 19.42 (при масштабе 0.1). Во втором случае - в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной. При аналоговом представлении информации значения измеряемых величин могут принимать любые допустимые значения из заданного диапазона, плавно без разрывов переходя от одного значения к другому. Теоретически, представляется весь бесконечный спектр значений измеряемой величины на заданном отрезке. Таким образом, аналоговые ВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне.

Цифровые ВМ - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили цифровые ВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

Достоинства аналоговой формы представления информации:

при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент (ибо одна измеряемая величина представляется одним сигналом);

аналоговая ВТ более интеллектуальна и производительна за счет возможности легко интегрировать сигнал, выполнять над ним любое функциональное преобразование и т.д.;

за счет ряда особенностей она позволяет решать ряд классов задач во много раз быстрее, чем дискретная ВТ.

Недостатки аналоговой формы представления информации:

так как при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент, то сложность ее быстро возрастает за счет необходимости различать значительно большее число (вплоть до бесконечности) состояний сигнала;

сложность реализации устройств для ее логической обработки, длительного хранения и высокой точности измерения

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) предназначены, в первую очередь, для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: управление непрерывными процессами; моделирование в гидро- и аэродинамике; исследование динамики сложных объектов, электромагнитных полей; параметрическая оптимизация и оптимальное управление, и др. Но АВМ не могут решать задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера; задач с высокой степенью точности и др., с которыми легко справляются электронные вычислительные машины (ЭВМ), использующие дискретную форму представления информации.

Положительные черты обоих типов совмещают гибридные ВМ - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

В свете сказанного, по принципу действия классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом.

По назначению классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом:

Специальные - ориентированы на решение отдельных задач или одного класса задач. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

Общего назначения - служат для решения широкого класса задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.

Проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.

По целому ряду причин и, в первую очередь, своим возможностям именно дискретное представление информации определяет на сегодня лицо всей ВТ, основу которой составляют ЭВМ различных классов и типов. С определенной степенью адекватности ЭВМ можно классифицировать как: